本文關(guān)鍵詞：高羊茅耐高溫生理分析及HSP17.8和HSP17.9分子克隆　出處：《中國科學(xué)院武漢植物園》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：高羊茅(Festuca arundinaacea Schreb.)是一種重要的冷季型草坪草,普遍應(yīng)用在全球溫帶和過渡帶地區(qū),但夏季高溫使高羊茅草坪質(zhì)量下降,嚴(yán)重時(shí)引起大面積死亡。因此,高溫被認(rèn)為是發(fā)展和利用高羊茅的主要限制因子。熱鍛煉誘導(dǎo)小分子熱激蛋白(sHSP)的積累與植物的耐熱性密切相關(guān),因此,研究小分子熱激蛋白應(yīng)答高溫脅迫的機(jī)制對(duì)于高羊茅的遺傳育種具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本研究以高羊茅熱敏感'PI234881'、耐熱'PI578718'種質(zhì)為材料,研究高溫以及干旱脅迫對(duì)高羊茅生理特性的影響,挖掘高羊茅優(yōu)異耐熱基因,揭示轉(zhuǎn)錄記憶效應(yīng)的基因FaHSP77.8和FaHSP17.9的分子特征,為深入研究高羊茅耐熱基因功能提供分子基礎(chǔ)。主要研究結(jié)果如下:1.高羊茅應(yīng)答高溫干旱脅迫的生理特性高溫以及干旱脅迫顯著提高熱敏感和耐熱型高羊茅葉片丙二醛(MDA)含量和電解質(zhì)滲透率(EL),導(dǎo)致細(xì)胞膜穩(wěn)定性下降,且在不同品種中存在較大變異。熱敏感型高羊茅超氧化物歧化酶(SOD)活性降低更為顯著,H202含量增加更多,表明其受脅迫程度更嚴(yán)重。高羊茅通過提高SOD、過氧化物酶(POD)及過氧化氫酶(CAT)等酶的活性來保護(hù)自身免受傷害。高溫以及干旱脅迫顯著降低高羊茅葉片葉綠素含量,通過快速葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線分析發(fā)現(xiàn),雙重脅迫對(duì)高羊茅光合性能指數(shù)PIABs、推動(dòng)力DFABs和最大光化學(xué)效率(pPo的影響最大,數(shù)值最低,高羊茅品種在逆境脅迫下光合特性都有所下降,熱敏感型高羊茅光系統(tǒng)Ⅱ功能受損更為嚴(yán)重。2.高羊茅小分子熱激蛋白基因的表達(dá)特性通過qRT-PCR分析高羊茅小分子熱激蛋白HSP17.8、HSPI7.9、HSP18.6和HSP21.9在34℃(4h)-22℃(20h)次高溫循環(huán)脅迫模式下的表達(dá)水平。結(jié)果表明,經(jīng)過多次高溫循環(huán)脅迫,HSP17.8和HSP17.9表達(dá)量顯著高于第一次高溫脅迫,即具有轉(zhuǎn)錄記憶效應(yīng);HSP18.和HSP21.9的表達(dá)量在每次熱脅迫時(shí)趨于相近水平,甚至有下降的趨勢,為'非記憶基因'。3.高羊茅FaHSP17.8和FHSP17.9的分子克隆基于高羊茅高溫脅迫轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù),克隆高羊茅FaHSP17.8和HaHSP17.9,cDNA編碼區(qū)序列全長分別為 489 bp、459bp,分子量分別為17.8K,17KDa,基因組gDNA均無內(nèi)含子序列;氨基酸多重序列比對(duì)和進(jìn)化樹構(gòu)建表明,FaHSP17.8和FaHSP17.9分別和小麥HSP17.8、水稻HSP17.9有很高的序列同源性(94%,91%),它們的親緣進(jìn)化關(guān)系在不同分支上,分別屬于細(xì)胞質(zhì)Ⅱ類和Ⅰ類小分子熱激蛋白;亞細(xì)胞定位顯示,FaHSP17.8和FaHSP17.9均定位在細(xì)胞質(zhì)/細(xì)胞核中;組織特異性表達(dá)結(jié)果發(fā)現(xiàn),FaHSP17.8和FaHSP17.9在葉片中表達(dá)量最高,其次是莖,根中最少。4.高羊茅小分子熱激蛋白FaHSP17.9啟動(dòng)子克隆利用染色體步移技術(shù),克隆FaHSP17.9啟動(dòng)子序列,并對(duì)其ATG上游917 bp序列進(jìn)行初步分析。通過PlantCARE數(shù)據(jù)庫,在線預(yù)測該基因的順式作用元件,發(fā)現(xiàn)高溫脅迫應(yīng)答元件HSE-motif(CCAAT),可能對(duì)FaHSP17.9的熱誘導(dǎo)性能起到主要作用。綜上所述,我們研究高羊茅抗氧化酶代謝系統(tǒng)的響應(yīng)和PSⅡ?qū)Ω邷丶案珊颠m應(yīng)性機(jī)制,挖掘高羊茅耐熱記憶基因,分析其基本表達(dá)特性。本研究為進(jìn)一步研究記憶基因FaHSP17.8和FaHSP17.9表觀遺傳修飾模式和基因功能,進(jìn)而培育耐熱高羊茅新品種提供重要的分子基礎(chǔ)。
[Abstract]:Tall fescue (Festuca arundinaacea Schreb.) is an important cool season turfgrass, widely used in the global temperate zone and transitional zone, but the summer high temperature makes the turf quality of tall fescue decline caused by severe death in a large area. Therefore, high temperature is considered to be the main factor limiting the development and utilization of tall fescue. Exercise induced heat small heat shock proteins (sHSP) heat accumulation and plant are closely related, therefore, research on the mechanism of small heat shock proteins in response to high temperature stress has important theoretical significance and application value for genetic breeding of tall fescue. The tall fescue heat sensitive'PI234881','PI578718' resistant germplasm materials of high temperature and effects of drought stress on physiological characteristics of tall fescue, tall fescue mining excellent heat resistant gene, molecular characteristics reveal transcriptional memory effect of gene FaHSP77.8 and FaHSP17.9, to study To provide the molecular basis function of fescue thermotolerance gene. The main results are as follows: 1. tall fescue in response to high drought stress physiological characteristics of high temperature and drought stress increased significantly in tall fescue leaves MDA heat sensitive and heat tolerant (MDA) content and electrolyte permeability (EL), leading to a decrease in cell membrane stability, and there is a large variation in different varieties. Thermosensitive tall fescue superoxide dismutase (SOD) activity decreased significantly, the content of H202 increased more, showed that the extent of stress is more serious. Tall fescue by increasing SOD, peroxidase (POD) and catalase (CAT) activity to protect themselves from harm of high temperature and drought stress significantly. Reduce the chlorophyll content, the fast chlorophyll fluorescence kinetics analysis found that stress on tall fescue photosynthetic performance index of PIABs, DFABs and the maximal photochemical driving force Efficiency (pPo impact, the lowest value, varieties of Tall Fescue under stress photosynthesis decreased, thermosensitive tall fescue PSII function is damaged more serious expression characteristics of tall fescue.2. small heat shock protein gene by qRT-PCR analysis of tall fescue small molecular heat shock protein HSP17.8, HSPI7.9. HSP18.6 and HSP21.9 at 34 DEG C (4h) -22 (20h) high temperature cyclic stress levels under the model. The results show that after high temperature cyclic stress, the expression of HSP17.8 and HSP17.9 was significantly higher than the first temperature stress, which has transcriptional memory effect; expression of HSP18. and HSP21.9 to levels similar to those in each heat stress even when there is a downward trend, as' molecular memory gene'.3. in tall fescue FaHSP17.8 and FHSP17.9 cloning of transcriptome data based on high temperature stress of tall fescue, tall fescue and HaHSP17.9 FaHSP17.8 clone, cDNA encoding region The sequence length was 489 BP, 459bp, molecular weight of 17.8K and 17KDa respectively, there were no genomic gDNA intron sequences of amino acids; multiple sequence alignment and phylogenetic tree showed that FaHSP17.8 and FaHSP17.9 respectively, and HSP17.8 of wheat and rice HSP17.9 had high sequence homology (94%, 91%), their evolutionary relationship in different branches, belong to the cytoplasm of class II and class I small heat shock protein; subcellular localization showed that FaHSP17.8 and FaHSP17.9 were localized in the cytoplasm / nucleus; tissue specific expression of FaHSP17.8 and FaHSP17.9 showed the highest expression level in leaves, followed by stems, roots of tall fescue at least.4. small heat shock protein FaHSP17.9 promoter was cloned by chromosome walking technology, cloning of FaHSP17.9 promoter sequence, and the ATG 917 bp upstream sequence was analyzed. By PlantCARE database, online prediction of the gene The cis acting elements, found that high temperature stress response element HSE-motif (CCAAT), may play a major role in inducing properties of FaHSP17.9 heat. In summary, we studied the response of tall fescue antioxidant metabolism system and PS II to high temperature and drought adaptation mechanism, mining of tall fescue heat-resistant memory gene, analysis of the basic characteristics of this expression. For the further study on the memory of FaHSP17.8 gene and epigenetic modifications and gene function FaHSP17.9, and tolerant tall fescue provide important molecular basis.

【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院武漢植物園
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S688.4

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本文編號(hào)：1361470